[發(fā)明專利]用于LED封裝的硅膠透鏡及其制造方法

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• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103681991A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 付濤;康永印;陳文杰;蘇凱
• 申請（專利權(quán)）人: 納晶科技股份有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/58;H01L33/48
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;張永明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于LED封裝的硅膠透鏡及其制造方法。

背景技術(shù)

目前有許多廠家采用環(huán)氧樹脂做透鏡。然而環(huán)氧樹脂的溫度穩(wěn)定性差，在高溫高光強下容易發(fā)黃，硬度高而彈性低，容易造成LED芯片和金線附近存在應力，從而導致金線斷裂而減少LED的使用壽命。

在LED封裝過程中，硅膠由于其較好的耐溫性和低表面張力常常用來作為封裝體保護LED芯片和金線免受外界環(huán)境的破壞，并且有采用硅膠材料代替環(huán)氧樹脂來封裝LED和透鏡的趨勢，特別是在高功率LED封裝體中。

硅膠的成分是聚二甲基硅氧烷，是一種有機無機雜化材料，主要成分是耐熱而又耐光的硅氧鍵和碳硅鍵。組成硅膠的基本單元有SiO4/4,RSiO3/2,R2SiO2/2,R3SiO1/2，在這里R可以為氫甲基、乙基、乙烯、芳烴等官能團。通過對這些官能團進行改變或者組合，硅膠的物理性質(zhì)，例如硬度，光學性質(zhì)，延展性等都可以得到有效的調(diào)控。

通過改變硅膠支鏈的種類，還可以針對特殊的應用要求開發(fā)特殊的硅膠材料。硅膠這些優(yōu)異的性質(zhì)---耐高溫、透光性好、折射率可調(diào)、低固化收縮率和低剪切應力使得他們在高功率LED封裝的應用中優(yōu)勢明顯。

傳統(tǒng)的LED封裝中生成白光的方案如下：

首先將熒光粉混合在封裝材料中，然后涂覆在芯片表面固化。當LED通電后，LED芯片朝各個方向的發(fā)射藍光，一部分藍光被熒光粉吸收后變成黃光，這些黃光也向各個方向發(fā)射。由色度學的知識可知道，藍光和黃光是互補色，兩者混合起來就是白光。因此，盡管LED芯片發(fā)的是藍光，但最終封裝體出來的卻是白光。

LED的出光效率主要由兩個因素所決定：LED芯片表面的結(jié)構(gòu)和緊貼在LED芯片表面封裝材料的折射率。由于全反射，在硅膠和空氣的界面處，部分的光會被反射到封裝硅膠中被LED芯片或者熒光粉所吸收，從而導致LED出光效率的降低。有研究表明，由于在LED封裝工藝中引入了封裝硅膠，出光率降低了14～16%。在COB（板上芯片封裝）封裝體系中，該效應得到進一步放大。因為在COB封裝中，多采用小芯片集成，從而使得芯片在發(fā)光面所占的面積百分比得到了提高，更容易吸收由透鏡表面反射回的光。

在封裝行業(yè)中對硅膠透鏡的使用多是將他們直接成型在LED的表面。但是這種方法只能用在小功率的封裝中。在目前的COB集成封裝結(jié)構(gòu)中，特別是在一個有多顆小芯片組合的COB封裝結(jié)構(gòu)中，直接封裝透鏡的工藝難度非常大。因為透鏡在高溫固化成型過程所產(chǎn)生的應力會導致封裝體內(nèi)的金線在長期工作過程中斷裂，產(chǎn)品的可靠性受到巨大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種用于LED封裝的硅膠透鏡，用于提高COB光源的出光效率，本發(fā)明還提供了一種硅膠透鏡的制造方法。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于LED封裝的硅膠透鏡，用于粘貼在COB封裝體的表面以提高取光效率，呈凸面結(jié)構(gòu)，包括由內(nèi)向外依次布置的至少兩層硅膠層，其中，位于外層的硅膠層的折射率小于或者等于位于內(nèi)層的硅膠層。

進一步地，上述多層硅膠透鏡的最外層表面具有微結(jié)構(gòu)。

進一步地，上述多層硅膠透鏡的最外層混有散射顆粒。

進一步地，上述多層硅膠透鏡的最外層混有熒光粉和/或量子點。

進一步地，上述多層硅膠透鏡整體呈半球形。

進一步地，上述各所述硅膠層的折射率在1.2～1.8之間。

進一步地，上述硅膠透鏡的最外層具有粗糙表面、微結(jié)構(gòu)或散熱顆粒。

進一步地，上述硅膠透鏡適于功率為4～200W的COB封裝體。

進一步地，上述硅膠透鏡的硅膠層的層數(shù)為兩層、三層或四層。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種根據(jù)上面所描述的用于LED封裝的硅膠透鏡的制造方法，包括以下步驟：將硅膠透鏡中的最外層硅膠層首先采用注塑或模壓工藝固化成型；以及在最外層硅膠層的基礎(chǔ)上由外向內(nèi)通過二次或多次成型工藝依次固化成型其余的硅膠層。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種根據(jù)上面所描述的用于LED封裝的硅膠透鏡的制造方法，包括以下步驟：將硅膠透鏡中的最內(nèi)層硅膠層首先采用注塑或模壓工藝固化成型；在最內(nèi)層硅膠層的基礎(chǔ)上依次由內(nèi)向外通過二次或多次成型工藝依次固化成型其余的硅膠層。

本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上面所描述的用于LED封裝的硅膠透鏡的制造方法，包括以下步驟：分別固化成型硅膠透鏡中的各個硅膠層；將各個硅膠層通過粘接劑粘接，并且固化以形成硅膠透鏡。